A nagyfeszültségű ellenállásokat orvosi eszközökben használják az elektromos áramok előre beállított tartományon belül tartására.
Az alkalmazott nagy feszültség azt jelenti, hogy kisebb számú ellenállással lehet elérni a kívánt kimeneti áramot.
Ezeknek az ellenállásoknak ki kell bírniuk a több évtizedes használatot, ezért kevesebb anyag felhasználásával készülnek, és az alacsonyabb gyártási költségeket is beleszámítják a tervezésbe.
Az orvosi eszközök többsége nem működik túl magas feszültségen (1-2 V körül).
Van azonban néhány kivétel.
Sok beültethető diagnosztikai eszközök (IDD) 5-20 V-on működnek, és a működési frekvencia is jellemzően magasabb, mint az általános tartomány.
Ez azt jelenti, hogy a költségmegfontolások fontosabbá válnak az orvosi eszközök nagyfeszültségű ellenállásának tervezésekor.
Az alábbiakban elmagyarázzuk, hogyan készíthet olcsó megoldást nagyfeszültségű ellenállások a biztonság és a megbízhatóság veszélyeztetése nélkül.
Mire használják az ellenállást az orvosi eszközökben?
A nagyfeszültségű ellenállásokat orvosi eszközökben használják az elektromos áramok előre beállított tartományon belül tartására.
Az alkalmazott nagy feszültség azt jelenti, hogy kisebb számú ellenállással lehet elérni a kívánt kimeneti áramot.
Ezeknek az ellenállásoknak ki kell bírniuk a több évtizedes használatot, ezért kevesebb anyag felhasználásával készülnek, és az alacsonyabb gyártási költségeket is beleszámítják a tervezésbe.
Az orvosi eszközök többsége nem működik túl magas feszültségen (1-2 V körül).
Van azonban néhány kivétel.
Sok beültethető diagnosztikai eszköz (IDD) 5-20 V-on működik, és a működési frekvencia is jellemzően magasabb, mint az általános tartomány.
Ez azt jelenti, hogy a költségmegfontolások fontosabbá válnak az orvosi eszközök nagyfeszültségű ellenállásának tervezésekor.
Az alábbiakban elmagyarázzuk, hogyan építhet olcsó megoldást nagyfeszültségű ellenállásokhoz a biztonság és a megbízhatóság veszélyeztetése nélkül.
Mit kell keresni egy nagyfeszültségű ellenállásnál
Alacsony költség – A magas feszültség azt jelenti, hogy sokkal több ellenállásra van szükség a kívánt kimeneti áram eléréséhez.
Ha egy eszköz nagy üzemi feszültséggel rendelkezik, az ellenállások költsége is magasabb lesz.
Könnyű gyártás – A nagyfeszültségű ellenállások általában 1 mm alatti átmérőjűek és hosszabbak.
Általában FR-4 vagy FR-5 nyomtatott áramköri lapból (PCB) is készülnek, amivel könnyebben lehet dolgozni, mint a drágább FR-32-vel.
A jobb konstrukció fontos, hogy az ellenállások évtizedekig kitartsanak.
Egyes gyártók ónozott síneket, míg mások ónozott vezetékeket használnak.
A jobb minőségű ellenállások ezüstözött sínekkel és vezetékekkel rendelkeznek.
Back-EMF tolerancia – Ahogy az ellenállások hosszabbak, a vezeték ellenállása csökken.
Az ellenállás vissza-EMF (elektromotoros ereje) is növekedhet a növekvő áramerősség miatt.
Ezért ezeknek a változásoknak a figyelembe vételéhez az ellenállás értékének felbontásánál tűréshatárra van szükség.
Például egy 5%-os értékváltozással rendelkező ellenállás (pl. 9.9 ohm 10.0 ohm helyett) elfogadható.
Nagy megbízhatóság – A nagyfeszültségű ellenállások általában -15ºC és 85ºC közötti hőmérsékleten működnek.
Az előbbi túl hideg ahhoz, hogy elkerülje az olyan problémákat, mint például az ellenállások vetemedése, míg az utóbbi túl meleg a megbízhatósági problémák elkerüléséhez.
Ezért a megbízhatósági problémák elkerülése érdekében magasabb üzemi hőmérséklet-tartományra van szükség.
1. lépés: Azonosítsa a szükségletet
A nagyfeszültségű ellenállás tervezésének első lépése a termék üzemi feszültségének és működési frekvenciájának meghatározása.
Például szüksége lehet egy maximum 5 V-os névleges ellenállásra, amely 1 kHz és 10 kHz közötti frekvencián működik.
Ezután meg kell találnia az igényeinek megfelelő alkatrészeket.
Népszerű választás a speciális kerámia ellenállás (CSR).
A CSR-t leggyakrabban nagy teljesítményű alkalmazásokhoz használják kiváló minőségű konstrukciója, nagy megbízhatósága és alacsony költsége miatt.
Egy másik népszerű választás az FR-4 PCB anyag költséghatékonysága és könnyű gyártása miatt.
A CSR és a PCB közeli versenytársa az FR-5 anyag.
A PCB-hez hasonlóan az FR-5 anyaga is viszonylag olcsó.
A CSR-nek és a PCB-nek azonban megvan az az előnye, hogy képesek ellenállni a magas feszültségnek, illetve a magas hőmérsékletnek.
Ezzel szemben az FR-5 anyagból hiányzik a PCB ellenállása a nagy feszültséggel szemben, ezért bizonyos alkalmazásokban nem olyan megbízható.
2. lépés: Válassza ki a megfelelő anyagot
A megfelelő anyag kiválasztásakor a nagyfeszültségű ellenálláshoz figyelembe kell venni az üzemi feszültséget és az anyag üzemi hőmérsékletét.
Például a PCB-t leggyakrabban -20 °C alatti hőmérsékleten használják.
A CSR és a PCB előnye, hogy ellenáll a magas feszültségnek, illetve a magas hőmérsékletnek.
Viszonylag új típusú anyag a fém maggal ellátott FR-5 polimer.
A polimer olcsóbb, mint a PCB és FR-5 PCB anyagok, és gyakran használják magasabb üzemi hőmérsékleten.
Azonban nem olyan tartós, mint a PCB vagy az FR-4, és nedvesség károsíthatja.
A megfelelő anyag kiválasztásakor a nagyfeszültségű ellenálláshoz figyelembe kell venni az üzemi feszültséget és az anyag üzemi hőmérsékletét.
3. lépés: Számítsa ki a kapacitást és az ESR-t
Az ellenállások bizonyos mértékű kapacitással rendelkeznek, ami befolyásolja frekvenciájukat és impedanciájukat.
Az ESR (Equivalent Series Resistance) érték a kapacitás ekvivalens ellenállása, és nagyon fontos, mivel az impedancia egyenáramú összetevőjét adja meg.
A kapacitás mérése pikofaradban (pF) vagy millifaradban (mF) történik.
A legtöbb esetben a kondenzátor 1%-os tűrése több mint elegendő egy nagyfeszültségű ellenálláshoz.
Az ESR a kapacitás egyenértékű ellenállása, és nagyon fontos, mivel az impedancia egyenáramú összetevőjét adja.
4. lépés: Adjon hozzá alkatrészeket sematikus táblasablon létrehozásához
Miután azonosította az alkatrészeket, kiszámította értéküket, és kiválasztotta a nagyfeszültségű ellenállás anyagát, ideje összerakni őket egy sematikus táblasablonra.
A vázlatos kártyasablon az elektronikai áramkörök tervezésére használt forrasztás nélküli táblák szabványos elrendezése.
Az elrendezésben a bal oldalon egy komponensoszlopnak, a jobb oldalon pedig egy erősínek oszlopnak kell lennie.
Néhány dolgot szem előtt kell tartania sematikus táblasablon tervezésekor.
Először is meg kell győződnie arról, hogy az alkatrészek megfelelően vannak elhelyezve, és a tápsínek ajánlott lábnyomán belül vannak.
Másodszor, meg kell győződnie arról, hogy az alkatrészeket alacsonyabb feszültséggel látják el.
Végül meg kell győződnie arról, hogy az áramkör védve van az esetlegesen jelen lévő magas feszültségektől.